Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 1 2018 58 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Зависимость роста зерна от температуры в материале полого катода Поликристалл состоит из большого числа зерен с различно ориентированными кристалли- ческими решетками. В межзеренных границах (МЗГ) нарушена правильность расположения атомов, повышена концентрация примесей. В соответствии с длиной волны электрона в метал- ле рассеяние электронов в том числе происходит на точечных дефектах, которых особенно много в МЗГ. Поэтому площадь МЗГ, а следовательно, и размер зерна представляют для нас наиболь- ший интерес, так как оказывают существенное влияние на электросопротивление и теплопрово- дность материала катода. Повышение температуры стимулирует на- чало процесса рекристаллизации. Рекристалли- зация зависит от чистоты металла, содержания легирующих элементов, способа, скорости и температурного интервала деформации, так как все эти факторы определяют характер струк- туры, сформировавшейся при деформации, и скорости протекающих при рекристаллизации процессов. Обзор механизмов образования за- родышей рекристаллизации приведен в работе [23]. Из экспериментальных данных однозначно следует, что зарождение центров рекристаллиза- ции происходит на границах зерен или блоков. На границе, где происходит зарождение нового зерна, требуется высокая степень деформации ε d ≥ 0,43. Скорость роста первых центров рекри- сталлизованных зерен увеличивается с 10 –15 до 10 –10 см/с, а энергия активации  H G – с 360 до 753 кДж/моль при переходе от монокристалли- ческого вольфрама к вольфраму дугового ваку- умного переплава (ДВП). Температура начала рекристаллизации для нелегированного воль- фрама T R = 1373…1573 К. Вторичная рекри- сталлизация начинается при 2273…2373 К [24, 25]. Для легированного вольфрама эти числа на 300…600 К выше. В работе [26] приводятся значения для  H G = 473,5 кДж/моль и энергии активации самодиффузии E D = 640,6 кДж/моль для ДВП-вольфрама. Также отмечается, что ско- рость миграции межзеренных границ в чистом вольфраме в ≈10 раз выше, чем в легированном. При работе катода плазмотрона происходит процесс формирования и роста зародышей но- вых зерен. Температурная зависимость параме- тров N – скорости образования зародышей неде- формированного зерна и G – скорости их роста может быть выражена с помощью уравнений [27] G = K G exp( –  H G / RT ); (4) N = K N exp( –  H N / RT ), (5) где K G , K N – предэкспоненциальные множители, соответствующие гипотетическим скоростям роста зерен и зародышеобразования при T →∞ соответственно;  H G – энергия активации в про- цессах роста зерен;  H N – энергия активации в процессах зарождения зёрен; R – универсальная газовая постоянная. Рост зёрен высокой степени чистоты в изо- термических условиях обычно описывается па- раболическим законом [27]: D 2 – D 0 2 = K 0 exp(–  H / RT )τ, (6) где D 0 и D – средние значения начального и те- кущего диаметров зерен; K 0 – постоянный ко- эффициент;  H – энергия активации; τ – время. Так как средняя линейная скорость перемеще- ния границ зерен G как в изотермических, так и в неизотермических условиях равна 0,5(d D /d T ), то в случае нагрева с постоянной скоростью b скорость роста зерен выражается формулой G = 0,5 b (d D / dτ), (7) и может определяться непосредственным диф- ференцированием зависимости D = f (  ), где  – время изотермической выдержки. В соответствии с уравнением (6) линейная скорость роста зерен может быть выражена фор- мулой G = 0,5(d D / dτ) = = 0,25( K 0 / D )exp(–Δ H / RT ). (8) По данным [26], в уравнении (4) K G = = 3·10 6 м/с для чистого и 2,3·10 5 м/с – для леги- рованного W. Скорость образования зародыша при рекристаллизации [м  2  ∙  с  1 ] в соответствии с уравнением (5) имеет активационный меха- низм, поэтому для расчета по аналогии можно воспользоваться формулой для скорости гете- рогенного зародышеобразования [28], предпо- лагая, что скрытая теплота образования экви-